Was ist Motorschutz?

Während der Motorschutz vielfältige Funktionen zum Schutz von Stromkreisen bietet, werden Motorschutzschalter für den Schutz von Stromkreisen verwendet, die Elektromotoren antreiben.

Motorschutzschalter haben anpassbare magnetische Einstellungen, die dem Benutzer erlauben, die magnetische Schutzstufe des Schalters knapp über dem Einschaltpegel des Motors einzustellen. Der Motorschutzschalter führt dabei drei wichtige Funktionen aus:

• Steuerung des Motors (Ein/Aus)
• Isolierung
• Schutz des Motors vor Kurzschluss (elektromagnetischer Auslöser) und Überlast

Das grundlegende Funktionsprinzip des Motorschutzschalters ähnelt dem eines thermisch-magnetischen Schutzschalters, jedoch mit zusätzlichen Eigenschaften und Varianten, die speziell für den Schutz von Elektromotoren ausgelegt sind.

Bild 1: Motorschutzschalter als Kurzschlusssicherung durch Bimetallauslösung für 3 Phasen. Diese Variante schützt den Motor vor thermischer Überlastung mit einem Bimetall und einer elektromagnetischen Kurzschlussauslösung. (https://www.xplore-dna.net*) *

Bild 2: Motorschutzschalter mit Kurzschlussauslösung, Bimetallauslösung und einer Unterspannungsschutzeinrichtung: Der Unterspannungsschutz sorgt dafür, dass die Versorgungsspannung allpolig abgeschaltet wird, wenn die Betriebsspannung unterschritten wird. (https://www.xplore-dna.net)

Der thermische Schutz wird zum Schutz des Elektromotors vor Überlastung eingesetzt. Der magnetische Schutz wird bei einem Kurzschluss, einem Leitungsfehler oder einem anderen elektrischen Hochstromfehler eingesetzt. Im Gegensatz zum thermischen Schutz ist der magnetische Schutz unverzögert; er schaltet die gefährlichen Fehlerströme sofort ab.

Ein Motorschutzschalter kann zudem einen Schutz gegen Phasenasymmetrie und Phasenausfall bieten. Motoren in Drehstromkreisen benötigen drei stromführende Leiter mit ausgeglichenen Spannungen, um effektiv arbeiten zu können. Eine Asymmetrie von mehr als 2% wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer des Motors aus. Wenn eine der Phasenspannungen plötzlich ausfällt, ist die Wirkung noch schädlicher, da der Motor mit nur zwei Phasen weiterläuft. Der Motorschutzschalter ist in der Lage, diese Bedingungen zu erkennen, indem er die Unterschiede zwischen den Phasenspannungen misst und den Motor sofort abschaltet, wenn sie auftreten.

Obwohl das Personal niemals an aktiven stromführenden Geräten arbeiten sollte, werden Fehler oft dadurch verursacht, dass jemand mit einem Werkzeug ein stromführendes, nicht abgedecktes Teil berührt, z.B. einen Schmelzsicherungsschalter, einen Anlasser oder eine Sammelschiene. Leistungsschalter sind in sich geschlossene, stromlose Geräte; sie schützen also vor stromführenden Teilen und erhöhen somit die Sicherheit des Personals. Solche Schutzschalter können auch aus der Ferne gesteuert werden.

Ein weiteres Sicherheitsrisiko sind Erdschlüsse. Obwohl diese unterhalb des Schmelzpunktes von Sicherungen liegen, können sie schwere elektrische Schäden verursachen. Hier sind Schutzschalter mit internem Erdschluss- und Fehlerstromschutz sehr nützlich. Der Schutzschalter wird bei einem Erdschluss entsprechend durch die vom Benutzer wählbaren Einstellungen aktiviert und isoliert somit den Fehler, bevor er sich im System ausbreitet.

Ein Motorschutzrelais bzw. Überlastrelais bietet Motorsteuerung in einer Vielzahl von Umgebungen. Relais werden vorwiegend für die Nachahmung der Heizungsprototypen entwickelt und sind ausschlaggebend, um die Motoren überhaupt funktionsfähig zu halten.

Bild 3: Schaltkontakte des Motorschutzrelais (https://quizlet.com/de/karteikarten/motorschutzrelais-508531246)

Ein thermisches Überlastrelais ist eine Schutzvorrichtung, welche die Stromversorgung abschaltet, wenn der Motor über einen längeren Zeitraum zu viel Strom verbraucht. Obwohl es Ähnlichkeiten zwischen diesen Geräten gibt, unterscheiden sich diese in ihrer Anwendung. Ein Überlastschalter unterbricht den Stromkreis sofort, sobald eine Überlast auftritt, während ein thermisches Überlastrelais je nach Einstellung einige Zeit brauchen kann, bevor es die Stromversorgung unterbricht. Das Relais schaltet nämlich die Last nicht direkt ab, sondern veranlasst das Abfallen des Schützes mithilfe von drei Bimetallstreifen, die sich bei Erwärmung durch den Motorstrom so verbiegen, dass der Auslösemechanismus entriegelt wird. Der Auslösewert eines Bimetallrelais kann auf einer Stromskala eingestellt werden, um den Schutz an den jeweiligen Motor anzupassen. Insbesondere bieten thermische Überlastrelais einen idealen Schutz für Motoren im Dauerbetrieb, weniger jedoch bei häufigen Anläufen im Aussetzbetrieb. Dies liegt daran, dass die im Vergleich zum Motor deutlich geringere Heizzeitkonstante der Bimetallstreifen zu einer frühzeitigen Auslösung führt, ohne die thermische Kapazität des Motors auszunutzen.

Die Bimetallstreifen können entweder direkt oder indirekt über eine isolierte Heizspirale beheizt werden. Die Isolierung bewirkt eine gewisse Verzögerung des Wärmeflusses, sodass die Trägheit von indirekt beheizten Thermorelais bei höheren Strömen größer ist. Bei Motoren über 100 A wird der Strom über Stromwandler geleitet, sodass das thermische Überlastrelais durch den Sekundärstrom des Stromwandlers erwärmt wird. Dadurch wird die Verlustleistung reduziert und gleichzeitig die Kurzschlussfestigkeit erhöht.

Zur Einstellung des Auslösewertes eines thermischen Überlastrelais wird die Umgebungstemperatur des Motors mit der Umgebungstemperatur des Schutzgerätes verglichen und ggf. eine Temperaturkompensation vorgenommen, sodass der Auslösewert unabhängig von den Umgebungstemperaturen ist.